Em sistemas de resfriamento, o aparecimento de incrustações por carbonato de cálcio implicará no aumento da temperatura devido a diminuição da capacidade de troca de calor ou pela obstrução do fluxo de água refrigerante.
O abrandamento da água é um processo muito comum para alimentar caldeiras industriais no setor de energia, também é utilizado no tratamento de águas superficiais para alimentar torres de resfriamento ou na reutilização da água das purgas das torres.
Com mais de 600 referências em todo o mundo, o processo de decantação lastreada com micro areia, processo Actiflo, é utilizado em diversas aplicações industriais e municipais, apresentando alto desempenho na clarificação e com espaço reduzido de implementação.
O processo Actiflo possui muitas instalações em países como Austrália, Reino Unido, Estados Unidos, Espanha e China, entre outros. A Veolia Water Technologies desenvolveu o processo Actiflo Softening para atender à necessidade de abrandamento com cal para aplicações industriais.
O PROCESSO ACTIFLO SOFTENING
O processo Actiflo utiliza partículas de micro areia para a formação de flocos maiores, que atuam como lastro e facilitam a floculação, permitindo o projeto do decantador com maior velocidade de sedimentação e menor tempo de retenção. Esse recurso exclusivo permite que o espaço de implantação seja entre 5 a 20 vezes menor que em sistemas de clarificação convencionais com a mesma capacidade de produção. Além disso, o uso de micro areia também permite que o processo seja estável contra flutuações no fluxo da água de entrada, sem afetar a qualidade final da água clarificada.
O processo Actiflo consiste nas etapas de coagulação, floculação, maturação e decantação lamelar e, quando usado para abrandamento com cal, ou seja, como processo Actiflo Softening, inclui um tanque de reação no início do processo, onde o carbonato precipitado é novamente recirculado e são adicionados cal e hidróxido de sódio.
PROCESSO QUÍMICO DE DESCARBONATAÇÃO E DE ABRANDAMENTO COM CAL
A descalcificação e o abrandamento com cal envolvem uma série de reações que visam converter os compostos de cálcio e magnésio presentes na água em carbonato de cálcio (CaCO3) e hidróxido de magnésio (Mg(OH)2). Estas são as formas mais insolúveis de cálcio e magnésio e, portanto, decantam mais facilmente, mesmo em baixas concentrações.
Para produzir CaCO3 e Mg(OH)2, é necessário elevar o pH da água com íons hidróxido, usando cal, soda ou ambos. A soma de íons cálcio (Ca2+) e íons magnésio (Mg2+) forma o que é conhecido como Dureza Total da Água (TH – Total Hardness), que é a soma da dureza temporária, formada por íons cálcio e magnésio em combinação com carbonatos (CO32-) e bicarbonatos (HCO3-) e dureza permanente, formada pela combinação com sulfatos, cloretos e nitratos.
O abrandamento com cal permite eliminar a dureza temporária da água e, em particular, a relacionada ao cálcio e não tem impacto próprio na dureza permanente (sem carbonatação), conforme indicado na seguinte reação química:
- Ca(OH)2 + Ca(HCO3)2 → 2 CaCO3 + 2 H2O
- Ca(OH)2 + Mg(HCO3)2 → MgCO3 + CaCO3 + 2 H2O
É necessário esclarecer que o carbonato de magnésio precipitará se o pH estiver acima de 9,5. Quando a cal é adicionada, essas reações continuam até que a alcalinidade atinja um valor entre 15 e 30 mg de CaCO3/L.
RENDIMENTO E RESULTADOS DO PROCESSO
Para estudar o desempenho do processo, a Veolia testou uma unidade móvel Actiflo Softening (100-120 m³/h) no rio Mosela, situado no nordeste da França, dado que a dureza de sua água é relativamente alta (dureza total em torno de 550 mg de CaCO3/L e alcalinidade acima de 200 mg de CaCO3/L). Sua temperatura (2-25ºC) e turbidez (5-100 NTU) também são muito variáveis e o conteúdo de matéria orgânica está entre 3,5 a 8,0 mg/L de TOC.
Durante 12 meses de operação da planta, os resultados obtidos com o desempenho do Actiflo Softening concluíram que esse processo permitiu a eliminação total da alcalinidade e excelente qualidade da água clarificada, com valores de 1 NTU, mesmo quando a água bruta atingia valores superiores a 100 NTU. Além disso, o processo atingiu taxas de eliminação de matéria orgânica entre 30 e 40%, condição essencial para a utilização da água tratada na alimentação de torres de refrigeração, pois reduz o risco de crescimento bacteriológico nos sistemas de refrigeração. Este rendimento foi alcançado com uma dosagem de cal correspondente à estequiométrica mais 10% e uma dosagem de 20 mg/L de cloreto férrico (produto comercial) como agente coagulante.
CONCLUSÕES
Planta móvel equipada com a tecnologia Actiflo Softening
Neste projeto de demonstração, o processo Actiflo Softening obteve uma alta taxa de eficiência de clarificação e de abrandamento. É uma solução de alto desempenho para o pré-tratamento de águas superficiais ou de poços para um posterior tratamento por filtração, osmose reversa ou troca iônica. Os benefícios detectados nas instalações que usam esse processo são:
- Aumento do desempenho térmico das torres de refrigeração graças à redução de obstrução dos bicos e do separador de gotas, alcançando maior eficiência de todo o processo e economizando combustível.
- Aumento do desempenho térmico dos condensadores, graças à redução de incrustações de tubos e à melhoria da transferência de calor e à manutenção dos fluxos nas torres de refrigeração. Esse benefício também afeta a economia de combustível.
- Os custos de manutenção são reduzidos à medida que a necessidade de limpeza é eliminada.
- Menor consumo de desinfetantes e cloro.
- Maior segurança no controle e prevenção de Legionella em sistemas de refrigeração.